آیا مرگ نوبل را از دستان استیون هاوکینگ ربود؟

به گزارش حلقه وصل، تحقیقاتی که اخیرا در حوزه سیاهچاله‌ها انجام شده باعث اثبات یکی از پیش‌بینی‌های اساسی این فیزیکدان نظری شده است. اما نوبل از دسترس او خارج است.

آیا مرگ جایزه نوبل را از دستان هاوکینگ ربود؟

زمانی که این فیزیکدان برجسته در تاریخ ۱۴ مارس سال ۲۰۱۸ از دنیا رفت، داده‌هایی وجود داشت که می‌توانست یکی از پیش‌بینی‌های او را اثبات کند. دکتر هاوکینگ بیان کرده بود که سیاهچاله‌ها تنها قادر به رشد و بزرگ‌ شدن هستند و هرگز کوچک نمی‌شوند. آن‌ها با بلعیدن اجرام آسمانی، داده‌های ما برای دنبال کردن تاریخچه جهان را از بین می‌برند.

این داده‌ها در سال ۲۰۱۵ به دست آمده بودند؛  زمانی که رصدخانه‌ی موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری یا LIGO، سیگنال‌هایی از دو سیاهچاله بزرگ که به یکدیگر برخورد کرده و سیاهچاله‌ی عظیم‌تری ایجاد کرده بودند، به دست آورد.

پیش‌بینی دکتر هاوکینگ اولین گام مهم در جهت ایجاد بینش‌هایی بود که فیزیک نوین را متحول کرده‌اند.

نظریه دکتر هاوکینگ تابستان امسال اثبات و در مجله‌ی Physical Review Letters منتشر شد. گروهی از محققان به رهبری ماکسیمیلیانو ایسی(Maximiliano Isi) فیزیکدان موسسه فناوری ماساچوست و همکارانش، سال‌ها به بررسی جزئیات داده‌های به دست آمده از رصدخانه LIGO پرداختند و سرانجام در ماه ژوئیه اعلام کردند که نظریه دکتر هاوکینگ دست کم در مورد برخورد این دو سیاهچاله درست بوده است.

متیو گیسلر(Matthew Giesler)، محقق دانشگاه کرنل (Cornell)، و یکی از اعضای گروه دکتر ایسی در ایمیلی گفت: این آزمایشی هیجان‌انگیز است زیرا نتیجه آن را نمی‌توان در آزمایشگاه به دست آورد. این آزمایش نیازمند مطالعه ادغام دو سیاهچاله در فاصله بیش از یک میلیارد سال نوری بود که بدون رصدخانه LIGO و آشکارسازهای آن امکان‌پذیر نبود.

هیچ کس ادعا نمی‌کند که آن چه در ذهن کمیته نوبل می‌گذرد را می‌داند و اسامی نامزدها برای ۵۰ سال به صورت یک راز باقی می‌ماند. اما بسیاری از دانشمندان اتفاق نظر دارند که اثبات نظریه دکتر هاوکینگ می‌توانست او و همکارانش را واجد شرایط دریافت نوبل کند اما جایزه نوبل پس از فوت به کسی اهدا نمی‌شود و تحقیقات دکتر ایسی کمی دیر به نتیجه رسید.

اهدای جوایز نوبل از روز دوشنبه هفته پیش انجام شد و برخی از دانشمندان منتظر تماس از استکهلم بودند.

دکتر هاوکینگ، بی شک یکی از مشهورترین و پر افتخارترین محققانی است که هرگز برنده جایزه نوبل نشده و نخواهد شد. داستان استیون هاوکینگ یادآور آن است که چگونه این جایزه وابسته به سرنوشت بی‌ثبات انسان است.

افق رویداد

جهانی گنگ

داستان از سال ۱۹۷۰ آغاز می‌شود. دکتر هاوکینگ برای خواب آماده می‌شد. چنین کاری برای او که تا آن لحظه نیمی از بدنش فلج شده بود و مبتلا به بیماری اسکلروز جانبی آمیوتروفیک یا لو گهریگ بود، کار دشواری بود.

او به سیاهچاله‌ها فکر می‌کرد. براساس نظریه نسبیت عام اینشتین، سیاهچاله‌ها اجرامی هستند که انرژی گرانشی آن‌ها به حدی زیاد است که حتی نور نمی‌تواند از آن فرار کند. آن‌ها دریچه‌هایی به بی‌نهایت هستند.

هر سیاهچاله را یک افق رویداد احاطه کرده است. حبابی نامرئی که مرز سیاهچاله را مشخص می‌کند. هر چیزی که وارد سیاهچاله شود هرگز از آن خارج نخواهد شد. دکتر هاوکینگ دریافت که نظریه اینشتین به این معناست که افق رویداد سیاهچاله‌ها هرگز کاش نمی‌یابد. بر جرم سیاهچاله‌ها تنها افزوده می‌شود و سطح کلی منطقه افق رویداد تنها رشد می‌کند. این نظریه برجسته‌ای بود. با این حال ممکن بود طبیعت اینگونه رفتار نکند. ممکن بود سیاهچاله‌ها به دو قسمت تقسیم شوند و یا مانند حباب از بین بروند و ناپدید شوند.

ایده دکتر هاوکینگ در سال ۱۹۷۳ الهام بخش مقاله‌ای با عنوان چهار قانون مکانیک سیاهچاله شد. او این مقاله را با همکاری جیمز باردین(James Bardeen) که اکنون در دانشگاه واشنگتن مشغول به کار است و براندون کارتر (Brandon Carter) که اکنون در مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه به سر می‌برد، نوشت.

این قوانین به نظریه فیزیکی بدون مو ختم شد. بر طبق این نظریه، سطح منطقه افق رویداد معیاری برای  اطلاعات تمام اجرام بلعیده شده توسط سیاهچاله است. همه‌ی اجرام برای سیاهچاله یکسان هستند و سیاهچاله‌ها تنها سه ویژگی دارند: جرم، چرخش و بار الکتریکی.

موادی که سیاهچاله را تشکیل داده‌اند یا موادی که به درون آن ریزش می‌کند، در پشت افق رویداد سیاهچاله ناپدید می‌شوند و برای همیشه از دسترس مشاهده ناظرین خارجی خارج می‌شود.

این نظریه بدان معناست که هر چه یک سیاهچاله پیرتر می‌شود و افق رویداد آن بزرگ‌تر می‌شود، میزان اطلاعاتی که از بین می‌رود نیز افزایش می‌یابد. جهان گنگ‌تر شده و اطلاعات بیشتری از گذشته را پنهان می‌کند.

این معما در سال ۱۹۷۴ زمانی که دکتر هاوکینگ محاسبه کرد که اثرات کوانتومی باعث نشتی و انفجار سیاهچاله‌ها می شود، پیچیده‌تر شد.

تلاش برای درک اتفاقی که برای اطلاعات درون سیاهچاله‌ها رخ می‌دهد، فیزیک بنیادی را متحول کرده است و به نظریه‌پردازان جوان نیرو بخشیده است.

دکتر ایسی می‌گوید: همه‌چیز وقتی شروع شد که هاوکینگ دریافت که منطقه‌ی افق رویداد هرگز کاهش نمی‌یابد. اما بدون وجود سیاهچاله‌هایی که بتوان آن‌ها را مورد بررسی قرار داد، امکان آزمایش نظریه هاوکینگ وجود نداشت.

کیپ تورن

رصدخانه LIGO، نجات دهنده

رصدخانه LIGO شرایط را تغییر خواهد داد ، این قولی بود که کیپ تورن(Kip Thorne)، فیزیکدان نظری در موسسه فناوری کالیفرنیا و یکی از بنیانگذاران LIGO در سال ۲۰۰۳ به دکتر هاوکینگ داد.

این آرایه جدید می‌توانست تا سال ۲۰۱۲ زمانی که دکتر هاوکینگ ۷۰ ساله می‌شد ویژگی‌های جدیدی از سیاهچاله‌ها را نمایان کند اما این موضوع بیشتر طول کشید و در نهایت در ۱۴ سپتامبر سال ۲۰۱۵ رصدخانه LIGO اولین رویداد خود که دو سیاهچاله در حال برخورد بود را رصد کرد.

با تطبیق الگوهای به دست آمده از امواج و شبیه‌سازی رایانه‌ای، محققان LIGO به این نتیجه رسیدند که یکی از این سیاهچاله‌ها ۳۶ برابر و دیگری ۲۹ برابر بزرگ‌تر از خورشید ما است. جرم این دو سیاهچاله باهم معادل حدود ۶۲ خورشید است. این مشاهدات نه تنها وجود امواج گرانشی را تایید کردند بلکه اولین شواهد مستقیم از وجود سیاهچاله‌ها بودند.

چندین روز قبل از انتشار رسمی این یافته‌ها، نسخه‌ای از آن به دست دکتر هاوکینگ رسید. او از آن که هیچ اشاره‌ای به چهار قانون مکانیک سیاهچاله‌ها نشده بود، تعجب کرد. او تماسی با دکتر تورن، نویسنده مقاله، گرفت.

دکتر تورن در نامه‌ای به همکاران خود نوشت: استیون شگفت‌زده شده است.

به فکر هیچ کس نرسیده بود که چهار قانون مکانیک سیاهچاله‌ها را بررسی کند و برای افزودن موارد جدید به مقاله دیر بود. علاوه بر آن، همانطور که دکتر تورن اخیرا توضیح داده است، داده‌های به دست آمده بسیار نویز داشتند و برای اندازه‌گیری اندازه سیاهچاله جدید و تایید نظریه دکتر هاوکینگ مناسب نبودند.

در سال ۲۰۱۷ دکتر گیزلر، که در آن زمان دانشجوی کارشناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا بود و همکارانش از شبیه‌سازی عددی برخورد سیاهچاله‌ها استفاده کردند تا با دقت بیشتری حرکات چرخشی روز برخورد سیاهچاله‌ها را بررسی کنند.

زمانی که یک سیاهچاله جدید از ادغام دو سیاهچاله ایجاد می‌شود، مانند یک طبل ارتعاش دارد و صدایی موزون تولید می‌کند که فرازنواخت یا فرونواخت است. اصوات فرازنواخت در ابتدای فرآیند ادغام به طرز شگفت‌انگیزی بلند بودند.

دکتر گیزلر و همکارانش در سال ۲۰۱۹ با کمک این فرازنواخت‌ها موفق به اثبات نظریه بدون مو شدند.

تابستان امسال آن‌ها تجزیه و تحلیل‌های خود را گسترش دادند و نتیجه گرفتند که منطقه افق رویداد سیاهچاله‌های جدید طبق پیش‌بینی دکتر هاوکینگ افزایش یافته است.

رویاهای نوبل

آیا اگر دکتر هاوکینگ زنده بود موفق به دریافت این جایزه می‌شد؟

دکتر تورن در سال ۲۰۱۷ به خاطر مشارکت در ساخت رصدخانه LIGO موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد.

اندرو استرومینگر(Andrew Strominger) از دانشگاه هاروارد، یکی از همکاران قدیمی دکتر هاوکینگ می‌گوید: من در جریان نظر کمیته نوبل نیستم اما اگر هاوکینگ زنده بود می‌توانست این جایزه را دریافت کند. آزمایش‌های اخیر، این قضیه را جدی‌تر نیز می‌کنند.

دانیل هولز(Daniel Holz)، اخترشناس دانشگاه شیکاگو که از اعضای تیم رصدخانه  LIGO است اما در تحقیقات دکتر ایسی نقش نداشته می‌گوید: بی‌ شک این نتایج، اثباتی عینی از پیش‌بینی‌های او است. امیدوارم کمیته نوبل این موضوع را درک کرده باشد.

جوایز نوبل فیزیک همیشه سمت و سویی در جهت کشفیات عملی و تجربی داشته است و حتی اینشتین نیز این جایزه را برای توضیح اثر فوتوالکتریک دریافت کرد و نه برای نظریه نسبیت با این حال در سال ۲۰۲۰ نوبل فیزیک سمت و سوی نظری گرفت و راجر پنروز(Roger Penrose) از دانشگاه آکسفورد این جایزه را برای اثبات احتمال وجود سیاهچاله‌ها در جهان دریافت کرد.

البته او این جایزه را با دو اخترشناس راینهارد گنزل (Reinhard Genzel) از موسسه مکس‌پلانک و آندرا گز(Andrea M. Ghez) از دانشگاه کالیفرنیا به طور مشترک دریافت کرد. این دو نفر سیاهچاله‌ای در مرکز کهکشان راه شیری را مورد مطالعه قرار داده بودند.

اما حتی اگر هاوکینگ امروز زنده بود جای گرفتن او در میان برندگان نوبل دشوار بود. نوبل به طور معمول حداکثر به سه نفر تعلق می‌گیرد و در این صورت دکتر باردین، دکتر کارتر و دکتر ایسی چه سرنوشتی داشتند؟

دکتر هاوکینگ اولین دانشمندی نیست که عمرش کفاف دریافت جایزه نوبل را نداد.

مایکل ترنر(Michael Turner)، کیهان‌شناس برجسته‌ای که اکنون در بنیاد کاولی(Kavli)  در لس آنجلس کار می‌کند در ایمیلی نوشت: به من گفته شده است که کمیته نوبل از اینکه جایزه‌ای به ادوین هابل(Edwin Hubble) که گسترش جهان را کشف کرد، نداده‌اند احساس ناراحتی و پشیمانی می‌کنند. او از کسانی بود که جان خود را پیش از دریافت نوبل از دست داد.

رابرت بروت(Robert Brout)، فیزیکدان نظری از دانشگاه آزاد بروکسل(Université Libre de Bruxelles) به دلیل پیش‌بینی وجود بوزون هیگز که ذره‌ اولیه بنیادین دارای جرم است می‌توانست به همراه همکارانش فرانسوا انگلرت(François Englert) و پیتر هیگز(Peter Higgs) از دانشگاه ادینبرو جایزه نوبل را در سال ۲۰۱۳ دریافت کند اما او در سال ۲۰۱۱ از دنیا رفت.

رونالد درور(Ronald Drever) از دانشگاه گلاسگو، یکی از بنیانگذاران LIGO می‌توانست در سال ۲۰۱۷ نوبل را با دکتر تورن و راینر ویس(Rainer Weiss) از موسسه فناوری ماساچوست، شریک شود اما او اوایل همان سال از دنیا رفت. جای خالی او را بری باریش(Barry C. Barish) پر کرد.

دکتر هاوکینگ در کنار آیزاک نیوتن و چارلز داروین در کلیسای وست‌مینستر به خاک سپرده شده است. شاید این، از گذراندن یک زمستان در استکهلم هم برای او بهتر باشد.